近日，苏州大学王长擂-李孝峰团队在全钙钛矿叠层太阳能电池方面取得新进展，相关研究成果发表在Nature Energy上。
“双碳”目标是我国作出的重大战略决策，实现“双碳”目标将重塑我国的经济和能源结构，改变人们的生产生活方式。发展清洁低成本的太阳能光伏器件，是实现“双碳”目标的重要途径与技术保障。近年来，有机无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电特性，在光伏、探测、发光等领域取得重要进展。钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本等优势，构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件的效率极限，是提升钙钛矿光伏效率与应用的有效途径。全钙钛矿叠层器件由不同带隙子电池串联而成，通常宽、窄带隙吸光层分别使用溴元素和锡元素掺杂，由于掺杂钙钛矿材料的晶粒生长机制不同，最终造成结晶过程不可控、晶粒尺寸较小、晶体质量差等问题，进而影响钙钛矿光伏器件性能。
目前，国际上尚无普适方法可同时实现不同组分钙钛矿薄膜的高质量结晶调控。针对上述问题，光电科学与工程学院王长擂副教授、李孝峰教授与合作者发展了一套具有普适性的钙钛矿薄膜结晶调控方法。通过构筑限域退火方法（Close Space Annealing，CSA），延缓了钙钛矿中间相薄膜内部溶剂的挥发速度，采用不同透气性衬底，精确调控残余溶剂含量和挥发路径，使其在有限空间内参与结晶过程，促进晶粒的生长与融合。相比传统退火方式，限域退火方法制备的钙钛矿吸光薄膜晶粒尺寸明显增加、载流子寿命显著提升、缺陷态密度显著降低，相应的器件表现出更高的效率潜力。该限域退火方案对于宽带隙和窄带隙钙钛矿材料均表现出优异的结晶调控效果，助力得到高质量单结宽带隙和窄带隙钙钛矿电池，其效率分别超过18%和21%。进一步结合叠层太阳能电池结构设计，实现全钙钛矿四端和两端叠层太阳能电池，其效率均超过25%，并取得专业机构的检测认证。此项工作为有效控制钙钛矿结晶过程提供了巧妙的技术方案，促进了钙钛矿太阳能电池的进一步发展，并展示了该方法在叠层太阳能电池和大面积制备方面的潜力，为量产化制备全钙钛矿叠层组件打下坚实基础。
相关成果以“A universal close-space annealing strategy toward high-quality perovskite absorbers enabling efficient all-perovskite tandem solar cells”为题，在Nature Energy上发表。
项目资助：本工作得到国家重点研究开发计划（2019YFE0120000）、国家自然科学基金（61875143、62005188、62174112、62120106001）、江苏省自然科学基金（BK20190825）、中央高校基本科研基金（2021SCU1205、YJ201955）、四川省科技计划（2020JDJQ0030）、四川大学特色工程团队（2020SCUNG102）、苏州大学数码激光成像与显示教育部工程研究中心的支持。
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